Luz reforçada Passivation ácido fluorídrico: uma técnica sensível para a detecção de defeitos de silício em massa

O objetivo geral deste procedimento é usar um método de passivação de superfície à temperatura ambiente para inibir a recombinação da superfície, de modo que os defeitos de silício em massa possam ser caracterizados com precisão. Este método pode nos ajudar a entender quais defeitos limitarão a vida útil dos wafers de silício de alta pureza, que são necessários para células solares de alta eficiência. A principal vantagem dessa técnica é que ela pode ser realizada à temperatura ambiente, o que significa que a atividade de recombinação de defeitos de silício a granel não mudará durante a medição.

As implicações desta técnica se estendem à medição da atividade de recombinação de defeitos de silício em massa que existem em baixas concentrações que, de outra forma, seriam muito difíceis de medir por outras técnicas. Geralmente, os indivíduos novos neste método terão dificuldades porque os requisitos para água DI de alta pureza e procedimentos de limpeza química não são inicialmente compreendidos, portanto, é imperativo que o procedimento seja seguido passo a passo. A preparação da solução, incluindo notas vitais sobre a preparação do ácido fluorídrico, bem como as instruções gerais de configuração e calibração do equipamento, são fornecidas no protocolo de texto.

Com esses objetivos alcançados, prossiga com a limpeza dos wafers de silício usando tratamentos químicos. Comece carregando as amostras em um berço de quartzo. Em seguida, transfira o berço para um banho de ácido fluorídrico destinado ao uso geral.

Após cerca de 10 segundos, as amostras serão hidrofóbicas. Retire-os do banho e enxágue-os passando-os por três banhos-maria deionizados. Em seguida, em uma capela de exaustão, mergulhe lentamente o berço na solução SC1, que foi mantida a uma temperatura de 75 graus Celsius.

Deixe o tratamento agir por 10 minutos. E enquanto isso, encha três copos de dois litros quimicamente limpos com água deionizada. Após o tratamento SC1, enxágue as amostras passando-as pelos três banhos-maria.

Em seguida, mergulhe as amostras em um banho de ácido fluorídrico dedicado por cerca de 10 segundos. Em seguida, enxaguar as amostras com três banhos-maria frescos desionizados. Agora, mova as amostras para a capela onde a solução SC2 foi preparada e aquecida a 75 graus Celsius estáveis.

Mergulhe as amostras na solução SC2 por 10 minutos. Após o tratamento SC2, enxágue as amostras usando os três banhos-maria deionizados. Se necessário, deixe as amostras no último banho-maria durante a noite.

Após o enxágue, mergulhe as amostras em outro banho de ácido fluorídrico dedicado por 10 segundos. Novamente, enxágue as amostras passando-as por três banhos-maria desionizados frescos. Agora, leve as amostras para a capela onde a solução de TMAH é aquecida de forma estável a cerca de 85 graus Celsius e mergulhe lentamente as amostras na solução de TMAH para gravar os wafers.

Deixe-os reagir por cinco minutos para remover cerca de cinco mícrons de silício. Em seguida, enxágue a solução pegajosa de TMAH usando pelo menos três banhos-maria deionizados. Os mesmos copos de enxágue podem ser reempregados aqui.

Depois de enxaguado, prossiga com as medições dentro de duas horas. Este processo é conduzido sob uma hotte. Na preparação, encha dois copos de plástico de dois litros com água deionizada.

Prepare também algumas pinças de plástico no capô para manusear as amostras. No computador, abra o arquivo Lifetime Tester, que contém os coeficientes de calibração corretos para a configuração de medição de ácido fluorídrico. Selecione transiente nas opções de modo e insira uma descrição das variáveis do wafer.

Agora, prenda cuidadosamente a tampa do recipiente de ácido fluorídrico e mova-o para o estágio Lifetime Tester, centralizado sobre o círculo azul, que representa a posição da bobina indutiva. Deixe a solução repousar por cerca de um minuto antes de prosseguir. Em seguida, no computador, clique no botão Zero Instrument para medir a voltagem da solução.

Depois de fazer a medição, retorne cuidadosamente o recipiente de ácido fluorídrico para a bancada da capela. Lá, remova a tampa e enxágue qualquer condensação na tampa com água DI da torneira da hotte. Agora, usando uma pinça, transfira um wafer para o banho de ácido fluorídrico.

Pressione levemente o wafer até o fundo do banho. Em seguida, recoloque a tampa e leve cuidadosamente o recipiente de volta ao estágio Lifetime Tester. Centralize o wafer sobre a bobina indutiva.

Antes de fazer uma medição, certifique-se de que as luzes do exaustor estejam desligadas. Agora, ligue a lâmpada halógena para iluminar o wafer de silício e mantenha-o aceso por cerca de um minuto. Durante o período de iluminação, no software, clique no botão Medir.

O software começará a coletar dados. Preencha o prompt com um nome de arquivo e defina a opção Sample Averaging como 10. Após cerca de um minuto de iluminação, desligue a lâmpada e clique imediatamente no botão Média na janela Obtenção de dados.

O software realizará 10 medições. Em seguida, clique em OK. Agora, retorne cuidadosamente o recipiente à bancada da hotte, remova cuidadosamente a tampa e remova cuidadosamente o wafer. Enxágue o wafer testado nos copos de enxágue dedicados, seguido de um enxágue final usando a torneira de água DI na hotte.

Em seguida, armazene o wafer testado e repita o processo para cada wafer de silício a ser medido. Após o experimento, siga as instruções de limpeza fornecidas no protocolo de texto. Seguindo o protocolo descrito, pelo qual as pastilhas de silício foram tratadas, gravadas, imersas em ácido fluorídrico e medidas usando a ferramenta de fotocondutância, uma curva de vida útil, que é limitada pelos resultados de recombinação de superfície, como visto pelos triângulos azuis.

Quando o wafer de silício imerso no banho de ácido fluorídrico é iluminado por uma lâmpada halógena por um minuto e, em seguida, uma medição de fotocondutância é realizada diretamente após a iluminação, ocorrerá um aumento significativo na vida útil, como visto pelos círculos vermelhos. Esse aumento na vida útil se deve a uma redução na recombinação da superfície. A passivação da superfície começou a se degradar segundos após o desligamento da lâmpada halógena.

Os círculos azuis mostram a consequência de esperar um minuto após a iluminação. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como medir a vida útil em massa de wafers de silício usando um banho de ácido fluorídrico, especificamente como tratar os wafers antes da medição, como ativar a passivação da superfície usando uma fonte de luz e como medir a vida útil imediatamente após a iluminação. Uma vez dominada, essa técnica pode ser realizada em dois a três minutos por wafer.

No entanto, levará uma hora para preparar os wafers para a medição e, portanto, é eficiente em termos de tempo para medir lotes de wafers. Ao tentar este procedimento, é importante lembrar que os wafers de silício devem ser mantidos limpos para obter consistentemente uma passivação de superfície muito boa e, assim, ser capaz de detectar e caracterizar defeitos em massa. Não se esqueça de que trabalhar com ácido fluorídrico pode ser extremamente perigoso, e precauções como usar equipamentos de proteção individual e seguir o procedimento passo a passo devem sempre ser tomadas ao realizar esta técnica.